设备管理系统培训

12三月2024设备管理系统培训关于设备管理计算机系统的一个重要组成部分是I/O系统。该系统包括实现信息输入、输出和存储功能的I/O设备相应的设备控制器，有的大中型机还有I/O通道或I/O处理机。基本任务：完成用户提出的I/O请求，提高I/O速率以及改善I/O设备的利用率。主要功能：缓冲区管理、设备分配、设备处理、虚拟设备及设备独立性等。我们主要对I/O设备和设备控制器等硬件作一扼要的阐述。3/12/202421、I/O系统的组成总的来说：需要用于输入、输出和存储信息的设备；需要有相应的设备控制器和高速总线；有的大中型计算机系统，配置I/O通道等；I/O设备设备控制器I/O通道3/12/202431）I/O设备的类型I/O设备的类型繁多，从OS的观点，按其重要的性能指标进行分类如下：按传输速率分类：低速、中速、高速（键盘、打印机、磁盘）按信息交换的单位分类：块设备：有结构、速率高、可寻址、DMA方式控制字符设备：无结构、速率低、不可寻址、中断方式控制3/12/20244按设备的共享属性分类：独占：打印机共享：一个时刻上仍然是只被一个进程占用。可寻址、可随机访问的色后备。磁盘。虚拟：使一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供给若干用户“同时使用”。3/12/202452）设备控制器设备并不直接与CPU通信计算机中的一个实体——“设备控制器”负责控制一个或多个I/O设备，以实现I/O设备和计算机之间的数据交换。控制器是CPU与I/O设备之间的接口，作为中间人接收从CPU发来的命令，并去控制I/O设备工作，以使处理机脱离繁杂的设备控制事务。3/12/20246控制器与CPU接口控制器与设备接口设备控制器CPUI/O设备数据线地址线控制线数据状态控制3/12/20247①I/O设备中的接口与控制器的接口有三种类型的信号数据信号线(进出数据转换、缓冲后传送)控制信号线(读\写\移动磁头等控制)状态信号线I/O设备信号数据缓冲转换器数据状态控制逻辑控制3/12/20248②设备控制器可编址，不同类控制一个设备时只有一个地址，若连接控制多个设备则含有多个设备地址管理的复杂性因不同设备而异，分为字符设备控制器、块设备控制器。常作成接口卡插入计算机。3/12/20249基本功能接收和识别CPU命令（控制寄存器：存放命令和参数）标识和报告设备的状态（状态寄存器）数据交换（数据寄存器）地址识别（控制器识别设备地址、寄存器地址。地址译码器）数据缓冲（协调I/O与CPU的速度差距）差错控制3/12/202410组成设备控制器与处理机的接口设备控制器与设备的接口I/O逻辑设备控制器数据线地址线控制线数据状态控制I/O逻辑3/12/202411I/O逻辑控制器与设备接口1控制器与设备接口i数据寄存器控制/状态寄存器数据线地址线控制线与CPU的接口与设备的接口数据数据状态控制状态控制一个接口连接一个设备。每个接口中都有数据、控制和状态三种类型的信号。控制器中的I/O逻辑根据处理机发来的地址信号，去选择一个设备接口。1个或n个1个或n个3/12/202412

I/O逻辑通过一组控制线与处理机交互，处理机利用该逻辑向控制器发送I/O命令。I/O逻辑对收到的命令进行译码。CPU要启动一个设备时，将启动命令发送给控制器；同时通过地址线把地址发送给控制器控制器的I/O逻辑对收到的地址和命令进行译码，再根据所译出的命令选择设备进行控制。3/12/202413③处理机与设备控制器间实现CPU与设备控制器之间的通信。共有三类信号线：数据线：数据线通常与两类寄存器相连接，第一类是数据寄存器；第二类是控制/状态寄存器。地址线控制线3/12/2024143）I/O通道①I/O通道设备的引入设备控制器已大大减少CPU对I/O的干预（如承担了选择设备，数据转换、缓冲等功能）但当主机的外设很多时，CPU的负担仍然很重。为此又在CPU和设备控制器之间增设一个机构：“通道”主要目的：建立更独立的I/O操作，解放CPU。数据传送的独立I/0操作的组织、管理及结束处理也尽量独立。设置通道后CPU只需向通道发送一条I/O指令即可不再干预后续操作。通道根据命令，形成通道程序，执行I/O操作，完成后向CPU发中断信号。3/12/202415②通道类型实际上I/O通道是一种特殊的处理机：指令类型单一，只用于I/O操作；通道没有内存，它与CPU共享内存。根据其控制的外围设备的不同类型，信息交换方式也可分为以下三种类型：字节多路通道数组选择通道数组多路通道3/12/202416字节多路通道一个通道常通过多个子通道连接控制多个设备控制器。多个设备以字节为单位交叉轮流使用主通道传输自己的数据。（图5-3）控制器A设备控制器B设备A1B1C1…A2B2C2A1A2…B1B2…主通道扫描子通道速率足够快，子通道上的设备速率又不太高时，一般不丢失信息。适用于并行、低速设备3/12/202417数组选择通道为了适用高速设备，设置分配型子通道设备分配到通道后，一段时间内一直独占，直至设备传送完毕释放。利用率低。数组多路通道结合上述两种方式。含多个非分配型子通道。数据传送则按数组方式进行。3/12/202418③“瓶颈”问题由于通道价格昂贵，致使数量较少，使它成为I/O系统的瓶颈，进而造成系统吞吐量的下降。如下例所示：存储器通道1通道2控制器1控制器2控制器3控制器4设备1设备2设备3设备4设备5设备6设备73/12/202419解决“瓶颈”问题最有效的办法便是增加设备到主机间的通路而不增加通道，如下图所示：存储器通道1通道2控制器1控制器2I/O设备I/O设备I/O设备I/O设备3/12/202420如图所示，计算机系统中的各部件，如CPU、存储器以及各种I/O设备之间的联系，都是通过总线来实现的。总线的性能用总线的“时钟频率”、“带宽”和相应的总线“传输速率”等指标来衡量。CPU存储器磁盘控制器打印机控制器其他控制器磁盘驱动器打印机系统总线*微机I/O系统中的总线结构3/12/202421总线的发展过程ISA和EISA总线ISA（IndustryStandardArchitecture）总线EISA（ExtendedISA）总线局部总线（LocalBus）VESA（VideoElectronicStandard）总线PCI（PeripheralComponentInterface）总线3/12/2024222、I/O控制方式程序I/O方式中断驱动I/O方式直接存储器访问DMA（字节—块）I/O通道控制方式（组织传送的独立）宗旨：减少主机对I/O控制的干预，将CPU从繁杂的I/O控制事物中解脱出来。3/12/2024231）程序I/O方式处理机对I/O设备的控制采取程序I/O方式，或称为忙—等待方式向控制器发送一条I/O指令启动输入设备输入数据时，要同时把状态寄存器中的忙/闲标志置为1。然后不断测试标志。当为1时，表示输入机尚未输完一个字，处理机应继续对该标志测试，直到它为0，表明数据已输入到控制器的数据寄存器中。处理机将数据取出送入内存单元，便完成了一个字的I/O。在程序I/O方式中，由于CPU高速而I/O设备低速致使CPU极大浪费。注：程序I/O方式也称作程序查询方式或轮询方式。3/12/202424程序I/O方式流程图向I/O控制器发读命令读I/O控制器的状态从I/O控制器中读入字向存储器中写字检查状态传送完成？出错完成CPU→I/OI/O→CPUI/O→CPUCPU→内存未完未就绪下条指令就绪3/12/2024252）中断驱动I/O方式CPU向相应的设备控制器发出一条I/O命令然后立即返回继续执行原来的任务。设备控制器于是按照命令的要求去控制指定I/O设备。这时CPU与I/O设备并行操作。I/O设备输入数据中，无需CPU干预，因而可使CPU与I/O设备并行工作。从而提高了整个系统的资源利用率及吞吐量。3/12/202426中断控制方式流程图向I/O控制器发读命令读I/O控制器的状态从I/O控制器中读入字向存储器中写字检查状态传送完成？出错完成CPU→I/OI/O→CPUI/O→CPUCPU→内存未完下条指令就绪CPU做其它事中断3/12/2024273）直接存储器访问DMA方式中断方式比程序I/O方式更有效，但仍以字（节）为单位进行I/O，每当完成一个字（节），控制器便要请求一次中断。CPU还是存在频繁的中断处理操作。DMA（DirectMemoryAccess）控制方式的引入直接存储器访问方式。3/12/202428①该方式的特点是：数据传输的基本单位是数据块；所传送的数据是从设备直接送入内存的，或者相反；不需要CPU操作。CPU干预进一步减少：仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需CPU干预，整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。可见DMA方式又是成百倍的减少了CPU对I/O的干预，进一步提高了CPU与I/O设备的并行操作程度。3/12/202429DMA方式示意图向I/O控制器发布读块命令读DMA控制器的状态下条指令CPU做其它事中断CPU→DMADMA→CPU3/12/202430②DMA控制器的组成DMA控制器由三部分组成：主机与DMA控制器的接口；DMA控制器与块设备的接口；I/O控制逻辑。如下页图。3/12/202431DMA控制器的示意图countI/O控制逻辑DRMARDCCRCPU内存主机—控制器接口控制器与块设备接口系统总线DMA控制器命令3/12/202432DMA控制器中的寄存器为实现主机与控制器之间块数据的直接交换，必须设置如下四类寄存器：数据寄存器DR：暂存设备到内存或从内存到设备的数据。内存地址寄存器MAR：它存放把数据从设备传送到内存的起始的目标地址或内存原地址。数据计数器DC：存放本次CPU要读或写的字（节）数。命令/状态寄存器CR：用于接收从CPU发来的I/O命令或有关控制和状态信息。3/12/202433③DMA工作过程CPU先向磁盘控制器发送一条读命令。该命令被送到命令寄存器CR中。同时需发送本次要将数据读入的内存起始目标地址，该地址被送入MAR中；将磁盘中的原地址直接送入DMA控制器的I/O控制逻辑上。要读数据的字数则送入数据计数器DC中启动DMA控制器，按其控制逻辑开始进行数据传送DMA控制器读入一个数据到数据寄存器DR中，然后传到内存中；接着MAR+1,DC-1，判断DC是否为0,如否，继续，反之控制器发中断请求，传送完毕。以磁盘读数据为例3/12/202434DMA工作方式流程图设置AR和DC初值启动DMA传送命令挪用存储器周期传送数据字存储器地址增1字计数寄存器减1DC=0?请求中断在继续执行用户程序的同时，准备又一次传送3/12/2024354）I/O通道控制方式DMA适用于读一个连续的数据块；如一次读多个数据块到内存不同区域，须由CPU分别发送多条I/O指令、进行多次DMA中断处理。DMA方式的发展，引入I/O通道控制方式，实现为对一组数据块的读（写）及有关的控制和管理为单位的干预。进一步减少CPU的干预此时，CPU只需发一条I/O指令，通道程序的首地址及要访问设备即可。*CPU、通道和I/O设备三者的并行操作，提高整系统资源利用率。3/12/202436

通道程序通道通过执行通道程序，与设备控制器共同实现对I/O设备的控制。通道程序由一系列通道指令构成。通道指令一般包含下列信息：操作码。规定指令所执行的操作。内存地址。计数。表示本指令所要操作的字节数。通道程序结束位。用以表示程序是否结束。记录结束标志。表示该指令是否与下条指令有关。3/12/202437内存设备CPU缓冲区数据控制器（中断、DMA）通道有”控制器”或”通道”的帮助后CPU可解放去做其他事物，提高了利用率。但分析单个程序内的执行CPU计算工作需等待后续数据输入才可继续CPU计算需等待数据输入完才能计算，虽然数据输入不需CPU干预，但CPU的解放也只是能去做其他程序，需切换工作，还是会产生开销。一进程中“CPU计算速度”和“设备I/O速度”存在不匹配的矛盾。解决：CPU进行当前计算时，进行后续数据的输入（先不需CPU干预的存在一个地方——缓冲区）。3/12/2024383、缓冲管理利用不同的I/O控制方式减少CPU对输入输出的干预，提高利用率；但速度方面还存在问题，为了缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾，提高CPU和I/O设备的并行性，在现代OS中，几乎所有的I/O设备与处理机交换数据时，都用了缓冲区。3/12/202439引入缓冲区的主要原因：缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。缓冲区数据成批传入内存，减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制。最终，提高CPU和I/O设备之间的并行性。使用缓冲区的方式：1）单缓冲、多缓冲2）循环缓冲3）缓冲池（BufferPool）3/12/2024401）单缓冲与多缓冲单缓冲（SingleBuffer）每当用户进程发出一I/O请求时，字符设备输入时，缓冲区用于暂存用户输入/输出的一行数据；块设备输入类似，对成块数据处理。以输入数据为例，比较三个时间：数据输入缓冲区用时T、从缓冲送入到用户内存区用时M、CPU计算用时C。单缓冲下，T、C可并行。所以输入用时： max（T、C）+MOS在主存中为之分配一个缓冲区。CPU和外设轮流使用，一方处理完后等待对方处理。3/12/202441T1M1C1T2M2C2T3M3C3单缓冲双缓冲T1M1C1T2M2C2T3M3C3TM①T1M1②T2M23/12/202442双缓冲（DoubleBuffer）进一步加快输入和输出速度，提高设备利用率双缓冲区机制，也称为缓冲对换（BufferSwapping）输入：先将数据送入第一缓冲区，装满后便转向第二缓冲区。读出：OS从第一缓冲区中移出数据，并送入用户进程。接着由CPU对数据进行计算。两个缓冲区，CPU和外设都可以连续处理无需等待对方。要求CPU和外设的速度相近。3/12/202443双机通讯时缓冲区的设置缓冲区A机缓冲区B机单缓冲发送缓冲区接收缓冲区A机接收缓冲区发送缓冲区B机双缓冲仅配置单缓冲，任意时刻都只能实现单方向的数据传输，而绝不允许双方同时向对方发送数据。为实现双向数据传输，必须在两台机器中都设置两个缓冲区，一个用作发送缓冲区，另一个用作接受缓冲区。3/12/2024442）循环缓冲(circularbuffer)输入与输出速度基本相匹配，采用双缓冲能获得较好的效果，基本上能并行操作。但若两者的速度相差甚远，双缓冲的效果仍不够理想；So：增加缓冲区数量，引入多缓冲机制。组织形式：循环缓冲、缓冲池。增加多个缓冲区，CPU和外设的处理速度可以相差较大。3/12/202445①循环缓冲的组成多个缓冲区。循环缓冲有多个大小相同的缓冲区。三种类型缓冲区：用于装输入数据的空缓冲区R装满数据的缓冲区G计算进程正在使用的现行工作缓冲区C多个指针。指示计算进程正在使用的缓冲区C的指针Current指示计算进程下一个可取的缓冲区G的指针Nextg指示输入进程下次可放的缓冲区R的指针Nexti3/12/202446循环缓冲的组成示意图162534RRGGCGNextiNextgcurrent3/12/202447②循环缓冲区的使用计算进程(CPU)和输入进程(I/O操作)可利用两个过程来使用循环缓冲区。主要就是利用指针，操作上述不同类型缓冲区Getbuf过程：使用缓冲区时，可调用该过程（取：从Nextg取，设置current，nextg下移一个。放：使用nexti，nexti下移一个）Releasebuf过程：当计算进程把C缓冲区中的数据提取完毕时，便调用该过程将缓冲区G释放。当输入进程把缓冲区装满时，也调用该进程将缓冲区释放。3/12/202448③进程同步输入进程和计算进程并行执行，如何控制相应的两个指针不断顺时针方向移动，这样就可能出现两种情况：Nexti赶上Nextg。意味着输入速度大于计算速度，缓冲区满，此情况称为系统受计算限制。Nextg赶上Nexti。意味着输入速度低于计算速度，缓冲区空，此情况称为系统受I/O限制。3/12/2024493）缓冲池（BufferPool）上述的缓冲区仅适用于某特定的I/O进程和计算进程，因而它们属于专用缓冲。（每个进程都要维护自己的一个循环缓冲区）当系统较大时，许多这样的循环缓冲，不仅消耗大量内存空间，而且利用率不高。为提高缓冲区的利用率，目前广泛流行缓冲池，在池中设置多个可供若干个进程共享的缓冲区。3/12/202450系统设置多个缓冲区，形成一个缓冲池。池中缓冲区为系统中所有的进程共享使用（如UNIX系统在块设备管理中设置了一个15个缓冲区组成的缓冲池）组织形式：队列及队列指针也是双方向缓冲技术；缓冲区整体利用率高。3/12/202451①缓冲池的组成对于既可输入又可输出的公用缓冲池，至少应含有下列三种类型的缓冲区：空缓冲区；装满输入数据的缓冲区；装满输出数据的缓冲区； 为方便管理，将上述类型相同的缓冲区连成队列空缓冲区队列输入队列输出队列3/12/202452使用两个过程注意，是有同步控制的队列操作过程每队设置一个互斥信号量MS；判断每个队列是否有可用的缓冲区，需一个资源信号量RS。获取缓冲区时P（RS），释放时V（RS）。Getbuf：Putbuf：3/12/202453②缓冲区的工作方式四种工作方式：收容输入：Getbuf(emq),hin；输入数据填入一空缓冲区；Putbuf(inq,hin)提取输入：Getbuf(inq),sin；从输入缓冲队列中取出一数据区的内容；Putbuf(emq,sin)收容输出：Getbuf(emq),hout；输出数据填入一空缓冲区；Putbuf(outq,hout)提取输出：Getbuf(outq),sout；从输出缓冲队列中取一数据区的内容；Putbuf(emq,sout)工作缓冲区有四种：收容输入数据的工作缓冲区；收容输出数据的工作缓冲区；提取输入数据的工作缓冲区；提取输出数据的工作缓冲区；缓冲池hinsout磁盘打印机sinhout内存用户程序emq…inq…outq…3/12/202454多道环境下，系统中设备是所有进程共享的。要防止无序竞争，提高外设资源的利用率。所以，除解决基本设备处理问题，还需由OS进行统一、合理的设备分配。4、设备分配3/12/2024551）设备分配中的数据结构记录相应设备或控制器的状态，及对设备或控制器进行控制所需的信息。所需数据结构：设备控制表控制器控制表通道控制表系统设备表3/12/202456①设备控制表（DCT）系统为每一设备都配置一张记录本设备的情况。设备类型type设备标识符deviceid设备状态：等待/不等待忙/闲指向控制器表的指针重复执行次数或时间设备队列的队首指针DCT1DCT2DCTn设备控制表集合指向因请求该设备而阻塞的进程的PCB组成的队列。3/12/202457②控制器控制表（COCT）控制器标识符：controllerid控制器状态：忙/闲与控制器连接的通道表指针控制器队列的队首指针控制器队列的队尾指针系统为每一控制器都配置一张记录本控制器的情况。③通道控制表CHCT通道标识符：channelid通道状态：忙/闲与通道连接的控制器表首址通道队列的队首指针通道队列的队尾指针3/12/202458④系统设备表（SDT）表目1表目i设备类型设备标识符DCT驱动程序入口系统根据进程对设备的请求进行设备分配的过程：SDTDCTCOCTCHCT细节考虑3/12/202459设备固有属性：独占、共享、独占但可虚拟。根据属性采取不同分配策略。设备分配算法，常采用两种：FCFS优先级高者优先设备分配的安全性：进程开始I/O后就阻塞直到I/O完成。不“请求和保持”（安全的）；允许连续I/O请求，是不安全的，此类分配方式需进行安全性检查。设备独立性2）设备分配需考虑的因素3/12/202460

设备独立性（无关性）DeviceIndependence指用户编程序时所用设备（逻辑上的）与实际设备无关；好处：设备分配时的灵活性

3个物理设备（如打印机），程序中申请一台打印机，执行时不拘泥必须是某台（如第2个）打印机易于实现I/O重定向

指用于I/O操作的设备可以更换（重定向），而不必改变应用程序。程序调试、运行中的“打印”，可通过修改逻辑设备表的显示终端，实现不同时候的不同的设备使用。3/12/202461引入两个概念：逻辑设备：用户应用程序中请求的设备物理设备：系统实际执行时使用的设备设备分配时需实现：逻辑设备地址映射到物理设备地址设备设备驱动程序设备独立性软件用户层程序：read,write基本硬件控制所有设备的公有操作：独立设备的分配与回收逻辑设备映射为物理设备设备保护缓冲管理差错控制给上层的接口3/12/202462逻辑设备名物理设备名驱动程序入口地址/dev/tty21024/dev/printer52046…逻辑设备名到物理设备名的映射逻辑设备表LUT（LogicalUnitTable）LUT的设置问题整个系统设置一张LUT（设备重名问题）为每个用户设置一张LUT，记入各自PCB。3/12/2024633）独占设备的分配过程基本分配步骤（一个有通道的例子）：分配设备：根据请求设备名，查找SDT，找到DCT；状态、安全性等因素都可能导致本申请进程阻塞，挂入DCT等待队列中。分配控制器通过1步分配设备后，从DCT找到COCT；检查COCT状态字，若忙碌，进程PCB挂到其等待队列分配通道COCT找到CHCT判断状态，…3/12/202464设备分配程序的改进增加设备的独立性进程使用逻辑设备名提出I/O请求。系统从SDT中依次找下去，直到找到一个该类设备中空闲可用的进行分配。考虑多通路情况控制器、通道也是反复查找，直到找到一条通路。3/12/2024654）设备分配中的虚拟技术

——SPOOLing技术虚拟性是OS的四大特征之一。多道程序技术将一台物理CPU虚拟为多台逻辑CPU，实现多个用户共享一台主机；如何将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑I/O设备，允许多个用户共享“同时使用”？3/12/202466返回假脱机技术多道程序技术引入后，可专门利用一道程序（SPOOLing程序）模拟脱机输入/输出工作的外围机，完成设备的I/O操作。称这种联机情况下实现的同时外围操作为SPOOLing技术（SimultaneausPeriphernalOperatingOn—Line，或称为假脱机操作）多道是前提，还需高速、大容量、可随机存取的外存支持。3/12/202467SPOOLing系统的组成输入设备输出设备输入井输出井磁盘输入进程SPi输出进程SP0CPU输入缓冲区Bi输入缓冲区B0模拟的外围机（软防硬）以CPU的视角，就把磁盘当设备3/12/202468

SPOOLing系统的组成主要有三大部分（如下页图）输入井和输出井：磁盘上开辟两大存储空间。输入井模拟脱机输入的磁盘设备，输出井模拟脱机输出时的磁盘。输入缓冲区和输出缓冲区：为缓解速度矛盾，内存中开辟两大缓冲空间，输入缓冲区暂存输入设备送来的数据，再送给输入井；输出缓冲区暂存输出井送来的数据，再送输出设备。输入进程和输出进程。用一进程模拟脱机输入时外围设备控制器的功能，把低速输入设备上的数据传送到高速磁盘上；用另一进程模拟脱机输出时外围设备控制器的功能，把数据从磁盘上传送到低速输出设备上。3/12/202469共享打印机打印机属于独占设备，利用SPOOLing技术可将其改造为一台可供多个用户共享的设备。见P167说明：核心就是不能交叉打印的数据，虚拟的打印在磁盘的输出井上（而磁盘的非独占性解决了打印机不能方便共享的问题）。有打印输出请求的进程申请“请求打印表”。数据虚拟打印到“输出井”Spooling程序再按“请求表队列”分配真正的打印机打印数据。3/12/202470SPOOLing系统的特点提高了I/O的速度。利用输入输出井模拟成脱机输入输出，缓和了CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾。将独占设备改造为共享设备。并没有为进程分配设备，而是为进程分配一存储区和建立一张I/O请求表。最终，实现了虚拟设备功能。多个进程可“同时”使用一台独占设备。3/12/2024715、设备处理设备处理程序：即驱动程序。I/O设备与控制器间的通信程序。（与硬件密切相关，每类设备配备一种驱动程序）驱动的功能和特点驱动程序的处理过程中断处理程序的处理过程自学P167~3/12/2024726、磁盘存储器管理磁盘性能简述磁盘调度方法磁盘高速缓存提高速度的其他方法3/12/2024731）磁盘性能简述首先与格式有关数据的组织和格式盘片、面、磁道、扇区为方便处理，每条磁道存储容量相同，每个磁道上的每个扇区相当于一个盘块。磁盘”格式化”的过程就是按规定的格式规划盘块。如温盘格式：P172每道30个扇区，每扇600个字节。512字节用于存放数据，其余存放控制信息。标识符字段：标识一个扇区的信息记录； 1+2+1+1+3bytes数据字段：每个扇区存放数据的空间。数据前后还有若干特定功能字节。 1+512+2bytesIDfield（7bytes）Datafield（515bytes）3/12/202474与速度有关磁盘类型固定磁头（每道一磁头）移动磁头（每盘一磁头）访问时间的计算寻道时间（到磁道）旋转延迟（到扇区）传输时间

传输时间占总时间的比例最小，磁盘读写速度的提高要选择合适的调度算法，减少前两项用时，使所有作业的磁盘处理时间均衡。3/12/2024752）磁盘调度方法对所有请求访问磁盘的进程进行合理调度，使对磁盘的平均访问时间最小。目标：使平均寻道时间最少。算法：FCFS最短寻道时间优先SSTF扫描算法SCAN（磁盘电梯调度算法）循环扫描算法CSCANN-Step-SCAN算法FSCAN算法3/12/202476①FCFS多个进程的磁盘I/O请求构成一个随机分布的请求队列。磁盘I/O执行顺序按磁盘请求的先后顺序。设开始位置为533/12/202477②最短寻道时间优先SSTF选择从当前磁头位置出发移动最少的磁盘I/O请求使每次磁头移动时间最少。不一定是最短平均柱面定位时间，但比FIFO算法有更好的性能。对中间的磁道有利，但可能会有进程处于饥饿状态（I/O请求总不被执行）。3/12/202478FCFS SSTF访问的下一磁道号移动距离（磁道数）5545583391918219072160701501038112184146平均寻道长度55.3访问的下一磁道号移动距离（磁道数）90105832553391638118201501321601018424平均寻道长度27.5设当前在100磁道上；进程要求的访问顺序：55，58，39，18，90，160，150，38，1843/12/202479③扫描算法SCAN（磁盘电梯调度算法）SSTF会导致“饥饿”现象总选择最近的磁道访问，远磁道请求的进程会长时间得不到执行。改进：考虑距离的同时，更优先考虑方向SCAN算法规定磁头移动方向：自里向外，再自外向里移动。后续的I/O磁道请求，哪个在规定方向上距离最近，就先执行哪个。如当前为100，后续要求55，86，95，180，165，105先由内向外：选最近的105执行，再判断剩余的，选165，180。再由外向内：95，86，55对55号磁道请求的进程相对“饥饿”很久3/12/202480循环扫描CSCANSCAN的错过问题：容易错过与当前磁道距离近，但方向不一致的磁道。修改：将SCAN规定的移动方向改为“单向移动”由里向外后，再由里向外。N-Step-SCAN前述算法共同问题：“磁臂粘着”——磁头静止在一个磁道上，导致其它进程无法及时进行磁盘I/O。（高密度盘，某一进程的读写可能集中在某一磁道）改进：将磁盘请求队列分成长为N的子队列按FCFS选择子队列。队列内又按SCAN算法。处理子队列过程中产生的新I/O请求放入其他队列。N=1时，就是FCFS，N很大时就是SCAN。3/12/202481F-SCANN-Step-SCAN的简化：请求队列只分为两个子队列当前一个队列，按SCAN算法执行；扫描期间新生成的组成一个队列，等待被扫描。3/12/2024823）磁盘高速缓存内存中划出，对外存磁盘读写进行缓存的区域。4）其他提速方法提前读延迟写优化物理块分布虚拟盘磁盘冗余阵列（高速、大容量磁盘系统）自学3/